673886040@qq.com
Повышение производительности и срока службы — ученые разгадывают тайну батареи
Исследователи КИТ охарактеризовали химические процессы, происходящие на электродах литий-ионных аккумуляторов. Литий-ионные аккумуляторы стали важной частью нашей повседневной жизни, и они функционируют благодаря образованию пассивирующего слоя во время их начального цикла зарядки. С помощью моделирования исследователи из Технологического института Карлсруэ (KIT) обнаружили, что межфазная фаза твердого электролита не образуется непосредственно на электроде, а накапливается в растворе.
Ученые опубликовали свои выводы в журнале Advanced Energy Materials. Их результаты открывают путь к оптимизации производительности и срока службы аккумуляторов будущего.
От смартфонов до электромобилей — везде, где требуется мобильный источник энергии, почти всегда с этой задачей справляется литий-ионный аккумулятор. Существенной частью надежной работы этой и других батарей с жидким электролитом является межфазная фаза с твердым электролитом (SEI). Этот пассивирующий слой образуется при первом приложении напряжения. Электролит разлагается в непосредственной близости от поверхности.
До сих пор оставалось неясным, каким образом частицы в электролитах образуют на поверхности электрода слой толщиной до 100 нанометров, поскольку реакция разложения возможна только на расстоянии нескольких нанометров от поверхности.
Пассивирующий слой на поверхности анода имеет решающее значение для электрохимической емкости и срока службы литий-ионного аккумулятора, поскольку он подвергается высоким нагрузкам при каждом цикле зарядки. Когда SEI разрушается во время этого процесса, происходит дальнейшее разложение электролита и снижается емкость батареи — процесс, который определяет срок службы батареи.
Имея правильные знания о росте и составе SEI, можно контролировать свойства батареи. Но до сих пор ни экспериментального, ни компьютерного подхода было недостаточно, чтобы расшифровать сложные процессы роста SEI, происходящие в очень широком масштабе и в разных измерениях.
Исследование в рамках инициативы ЕС BATTERY 2030+
Исследователям из Института нанотехнологий КИТ (INT) теперь удалось охарактеризовать формирование SEI с помощью многомасштабного подхода. «Это решает одну из величайших загадок, касающихся важной части всех аккумуляторов с жидким электролитом, особенно литий-ионных аккумуляторов, которые мы все используем каждый день», — говорит профессор Вольфганг Венцель, директор исследовательской группы «Многомасштабное моделирование материалов и виртуальный дизайн». INT, которая участвует в крупномасштабной европейской исследовательской инициативе BATTERY 2030+, направленной на разработку безопасных, доступных, долговечных и устойчивых высокопроизводительных аккумуляторов будущего.
Исследователи KIT сообщают о своих выводах в журнале Advanced Energy Materials.
Более 50 000 симуляций для различных условий реакции
Чтобы изучить рост и состав пассивирующего слоя на аноде аккумуляторов с жидким электролитом, исследователи из INT создали ансамбль из более чем 50 000 моделей, представляющих различные условия реакции. Они обнаружили, что рост органического SEI происходит по пути, опосредованному раствором: во-первых, предшественники SEI, которые образуются непосредственно на поверхности, соединяются далеко от поверхности электрода посредством процесса зародышеобразования.
Исследование в рамках инициативы ЕС BATTERY 2030+
Исследователям из Института нанотехнологий КИТ (INT) теперь удалось охарактеризовать формирование SEI с помощью многомасштабного подхода. «Это решает одну из величайших загадок, касающихся важной части всех аккумуляторов с жидким электролитом, особенно литий-ионных аккумуляторов, которые мы все используем каждый день», — говорит профессор Вольфганг Венцель, директор исследовательской группы «Многомасштабное моделирование материалов и виртуальный дизайн». INT, которая участвует в крупномасштабной европейской исследовательской инициативе BATTERY 2030+, направленной на разработку безопасных, доступных, долговечных и устойчивых высокопроизводительных аккумуляторов будущего.
Исследователи KIT сообщают о своих выводах в журнале Advanced Energy Materials.
Более 50 000 симуляций для различных условий реакции
Чтобы изучить рост и состав пассивирующего слоя на аноде аккумуляторов с жидким электролитом, исследователи из INT создали ансамбль из более чем 50 000 моделей, представляющих различные условия реакции. Они обнаружили, что рост органического SEI происходит по пути, опосредованному раствором: во-первых, предшественники SEI, которые образуются непосредственно на поверхности, соединяются далеко от поверхности электрода посредством процесса зародышеобразования.
